导读 以前参加过一个库存系统,由于其业务复杂性,搞了很多个应用来支撑。这样的话一份库存数据就有可能同时有多个应用来修改库存数据。
概述

以前参加过一个库存系统,由于其业务复杂性,搞了很多个应用来支撑。这样的话一份库存数据就有可能同时有多个应用来修改库存数据。

比如说,有定时任务域xx.cron,和SystemA域和SystemB域这几个JAVA应用,可能同时修改同一份库存数据。如果不做协调的话,就会有脏数据出现。

对于跨JAVA进程的线程协调,可以借助外部环境,例如DB或者Redis。下文介绍一下如何使用DB来实现分布式锁。

设计

本文设计的分布式锁的交互方式如下:

  • 根据业务字段生成transaction_id,并线程安全的创建锁资源
  • 根据transaction_id申请锁
  • 释放锁
  • 动态创建锁资源

    在使用synchronized关键字的时候,必须指定一个锁对象。

    synchronized(obj) {  
    } 

    进程内的线程可以基于obj来实现同步。obj在这里可以理解为一个锁对象。如果线程要进入synchronized代码块里,必须先持有obj对象上的锁。这种锁是JAVA里面的内置锁,创建的过程是线程安全的。那么借助DB,如何保证创建锁的过程是线程安全的呢?

    可以利用DB中的UNIQUE KEY特性,一旦出现了重复的key,由于UNIQUE KEY的唯一性,会抛出异常的。在JAVA里面,是SQLIntegrityConstraintViolationException异常。

    create table distributed_lock 
    ( 
     id BIGINT UNSIGNED PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT COMMENT '自增主键', 
     transaction_id varchar(128) NOT NULL DEFAULT '' COMMENT '事务id', 
     last_update_time TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP NOT NULL COMMENT '最后更新时间', 
     create_time TIMESTAMP DEFAULT '0000-00-00 00:00:00' NOT NULL COMMENT '创建时间', 
     UNIQUE KEY `idx_transaction_id` (`transaction_id`) 
    ) 

    transaction_id是事务Id,比如说,可以用

    仓库 + 条码 + 销售模式

    来组装一个transaction_id,表示某仓库某销售模式下的某个条码资源。不同条码,当然就有不同的transaction_id。如果有两个应用,拿着相同的transaction_id来创建锁资源的时候,只能有一个应用创建成功。

    一条distributed_lock记录插入成功了,就表示一份锁资源创建成功了。

    DB连接池列表设计

    在写操作频繁的业务系统中,通常会进行分库,以降低单数据库写入的压力,并提高写操作的吞吐量。如果使用了分库,那么业务数据自然也都分配到各个数据库上了。

    在这种水平切分的多数据库上使用DB分布式锁,可以自定义一个DataSouce列表。并暴露一个getConnection(String transactionId)方法,按照transactionId找到对应的Connection。

    实现代码如下:

    package dlock; 
     
    import com.alibaba.druid.pool.DruidDataSource; 
    import org.springframework.stereotype.Component; 
     
    import javax.annotation.PostConstruct; 
    import java.io.FileInputStream; 
    import java.io.IOException; 
    import java.sql.Connection; 
    import java.util.ArrayList; 
    import java.util.List; 
    import java.util.Properties; 
     
    @Component 
    public class DataSourcePool { 
        private List dlockDataSources = new ArrayList<>(); 
     
        @PostConstruct 
        private void initDataSourceList() throws IOException { 
            Properties properties = new Properties(); 
            FileInputStream fis = new FileInputStream("db.properties"); 
            properties.load(fis); 
     
            Integer lockNum = Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_NUM")); 
            for (int i = 0; i < lockNum; i++) { 
                String user = properties.getProperty("DLOCK_USER_" + i); 
                String password = properties.getProperty("DLOCK_PASS_" + i); 
                Integer initSize = Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_INIT_SIZE_" + i)); 
                Integer maxSize = Integer.valueOf(properties.getProperty("DLOCK_MAX_SIZE_" + i)); 
                String url = properties.getProperty("DLOCK_URL_" + i); 
     
                DruidDataSource dataSource = createDataSource(user,password,initSize,maxSize,url); 
                dlockDataSources.add(dataSource); 
            } 
        } 
     
        private DruidDataSource createDataSource(String user, String password, Integer initSize, Integer maxSize, String url) { 
            DruidDataSource dataSource = new DruidDataSource(); 
            dataSource.setDriverClassName("com.mysql.jdbc.Driver"); 
            dataSource.setUsername(user); 
            dataSource.setPassword(password); 
            dataSource.setUrl(url); 
            dataSource.setInitialSize(initSize); 
            dataSource.setMaxActive(maxSize); 
     
            return dataSource; 
        } 
     
        public Connection getConnection(String transactionId) throws Exception { 
            if (dlockDataSources.size() <= 0) { 
                return null; 
            } 
     
            if (transactionId == null || "".equals(transactionId)) { 
                throw new RuntimeException("transactionId是必须的"); 
            } 
     
            int hascode = transactionId.hashCode(); 
            if (hascode < 0) { 
                hascode = - hascode; 
            } 
     
            return dlockDataSources.get(hascode % dlockDataSources.size()).getConnection(); 
        } 
    } 

    首先编写一个initDataSourceList方法,并利用Spring的PostConstruct注解初始化一个DataSource 列表。相关的DB配置从db.properties读取。

    DLOCK_NUM=2 
     
    DLOCK_USER_0="user1" 
    DLOCK_PASS_0="pass1" 
    DLOCK_INIT_SIZE_0=2 
    DLOCK_MAX_SIZE_0=10 
    DLOCK_URL_0="jdbc:mysql://localhost:3306/test1" 
     
    DLOCK_USER_1="user1" 
    DLOCK_PASS_1="pass1" 
    DLOCK_INIT_SIZE_1=2 
    DLOCK_MAX_SIZE_1=10 
    DLOCK_URL_1="jdbc:mysql://localhost:3306/test2" 

    DataSource使用阿里的DruidDataSource。

    接着最重要的一个实现getConnection(String transactionId)方法。实现原理很简单,获取transactionId的hashcode,并对DataSource的长度取模即可。

    连接池列表设计好后,就可以实现往distributed_lock表插入数据了。

    package dlock; 
     
    import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired; 
    import org.springframework.stereotype.Component; 
     
    import java.sql.*; 
     
    @Component 
    public class DistributedLock { 
     
        @Autowired 
        private DataSourcePool dataSourcePool; 
     
        /** 
         * 根据transactionId创建锁资源 
         */ 
        public String createLock(String transactionId) throws Exception{ 
            if (transactionId == null) { 
                throw new RuntimeException("transactionId是必须的"); 
            } 
            Connection connection = null; 
            Statement statement = null; 
            try { 
                connection = dataSourcePool.getConnection(transactionId); 
                connection.setAutoCommit(false); 
                statement = connection.createStatement(); 
                statement.executeUpdate("INSERT INTO distributed_lock(transaction_id) VALUES ('" + transactionId + "')"); 
                connection.commit(); 
                return transactionId; 
            } 
            catch (SQLIntegrityConstraintViolationException icv) { 
                //说明已经生成过了。 
                if (connection != null) { 
                    connection.rollback(); 
                } 
                return transactionId; 
            } 
            catch (Exception e) { 
                if (connection != null) { 
                    connection.rollback(); 
                } 
                throw  e; 
            } 
            finally { 
                if (statement != null) { 
                    statement.close(); 
                } 
     
                if (connection != null) { 
                    connection.close(); 
                } 
            } 
        } 
    } 
    根据transactionId锁住线程

    接下来利用DB的select for update特性来锁住线程。当多个线程根据相同的transactionId并发同时操作select for update的时候,只有一个线程能成功,其他线程都block住,直到select for update成功的线程使用commit操作后,block住的所有线程的其中一个线程才能开始干活。

    我们在上面的DistributedLock类中创建一个lock方法。

    public boolean lock(String transactionId) throws Exception { 
           Connection connection = null; 
           PreparedStatement preparedStatement = null; 
           ResultSet resultSet = null; 
           try { 
               connection = dataSourcePool.getConnection(transactionId); 
               preparedStatement = connection.prepareStatement("SELECT * FROM distributed_lock WHERE transaction_id = ? FOR UPDATE "); 
               preparedStatement.setString(1,transactionId); 
               resultSet = preparedStatement.executeQuery(); 
               if (!resultSet.next()) { 
                   connection.rollback(); 
                   return false; 
               } 
               return true; 
           } catch (Exception e) { 
               if (connection != null) { 
                   connection.rollback(); 
               } 
               throw  e; 
           } 
           finally { 
               if (preparedStatement != null) { 
                   preparedStatement.close(); 
               } 
     
               if (resultSet != null) { 
                   resultSet.close(); 
               } 
     
               if (connection != null) { 
                   connection.close(); 
               } 
           } 
       } 
    实现解锁操作

    当线程执行完任务后,必须手动的执行解锁操作,之前被锁住的线程才能继续干活。在我们上面的实现中,其实就是获取到当时select for update成功的线程对应的Connection,并实行commit操作即可。

    那么如何获取到呢?我们可以利用ThreadLocal。首先在DistributedLock类中定义

    private ThreadLocal threadLocalConn = new ThreadLocal<>(); 

    每次调用lock方法的时候,把Connection放置到ThreadLocal里面。我们修改lock方法。

    public boolean lock(String transactionId) throws Exception { 
           Connection connection = null; 
           PreparedStatement preparedStatement = null; 
           ResultSet resultSet = null; 
           try { 
               connection = dataSourcePool.getConnection(transactionId); 
               threadLocalConn.set(connection); 
               preparedStatement = connection.prepareStatement("SELECT * FROM distributed_lock WHERE transaction_id = ? FOR UPDATE "); 
               preparedStatement.setString(1,transactionId); 
               resultSet = preparedStatement.executeQuery(); 
               if (!resultSet.next()) { 
                   connection.rollback(); 
                   threadLocalConn.remove(); 
                   return false; 
               } 
               return true; 
           } catch (Exception e) { 
               if (connection != null) { 
                   connection.rollback(); 
                   threadLocalConn.remove(); 
               } 
               throw  e; 
           } 
           finally { 
               if (preparedStatement != null) { 
                   preparedStatement.close(); 
               } 
     
               if (resultSet != null) { 
                   resultSet.close(); 
               } 
     
               if (connection != null) { 
                   connection.close(); 
               } 
           } 
       } 

    这样子,当获取到Connection后,将其设置到ThreadLocal中,如果lock方法出现异常,则将其从ThreadLocal中移除掉。

    有了这几步后,我们可以来实现解锁操作了。我们在DistributedLock添加一个unlock方法。

    public void unlock() throws Exception { 
           Connection connection = null; 
           try { 
               connection = threadLocalConn.get(); 
               if (!connection.isClosed()) { 
                   connection.commit(); 
                   connection.close(); 
                   threadLocalConn.remove(); 
               } 
           } catch (Exception e) { 
               if (connection != null) { 
                   connection.rollback(); 
                   connection.close(); 
               } 
               threadLocalConn.remove(); 
               throw e; 
           } 
       } 
    缺点

    毕竟是利用DB来实现分布式锁,对DB还是造成一定的压力。当时考虑使用DB做分布式的一个重要原因是,我们的应用是后端应用,平时流量不大的,反而关键的是要保证库存数据的正确性。对于像前端库存系统,比如添加购物车占用库存等操作,最好别使用DB来实现分布式锁了。

    进一步思考

    如果想锁住多份数据该怎么实现?比如说,某个库存操作,既要修改物理库存,又要修改虚拟库存,想锁住物理库存的同时,又锁住虚拟库存。其实也不是很难,参考lock方法,写一个multiLock方法,提供多个transactionId的入参,for循环处理就可以了。这个后续有时间再补上。

    原文来自:https://database.51cto.com/art/202110/684974.htm

    本文地址:https://www.linuxprobe.com/mysql-branch.html编辑:王婷,审核员:逄增宝

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